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編者按： 麻省理工學(xué)院和美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的研究人員通過(guò)減薄硅電池本身降低太陽(yáng)能發(fā)電成本。

在過(guò)去的幾年中，太陽(yáng)能電池板的價(jià)格暴跌，導(dǎo)致太陽(yáng)能安裝率大大高于大多數(shù)分析師的預(yù)期。但是，由于大多數(shù)節(jié)省成本的潛在領(lǐng)域已經(jīng)被推到了極致，要想進(jìn)一步降低成本變得越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院和美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的研究人員概述了進(jìn)一步削減成本的途徑，這次是通過(guò)減薄硅電池本身。

以前，人們一直在研究更薄的硅電池，特別是在大約十二年前，由于供應(yīng)短缺，硅的成本達(dá)到頂峰。但是這種方法存在一些困難：薄硅片太脆易碎，導(dǎo)致制造過(guò)程中的損耗水平不可接受，并且效率較低。研究人員說(shuō)，現(xiàn)在有辦法通過(guò)使用更好的處理設(shè)備以及太陽(yáng)能電池架構(gòu)的一些最新發(fā)展來(lái)開始應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

新的發(fā)現(xiàn)在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上的一篇論文中有詳細(xì)介紹，該論文由麻省理工學(xué)院的博士后Zhe Liu，機(jī)械工程教授Tonio Buonassisi以及其他五位麻省理工學(xué)院和NREL合著。

研究人員將他們的方法描述為“技術(shù)經(jīng)濟(jì)”，強(qiáng)調(diào)在這一點(diǎn)上，經(jīng)濟(jì)因素與技術(shù)因素一樣對(duì)于實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板的可承受性的進(jìn)一步提高至關(guān)重要。
研究人員說(shuō)，目前，全球90％的太陽(yáng)能電池板由晶體硅制成，并且該行業(yè)以每年30％的速度持續(xù)增長(zhǎng)。當(dāng)今的硅光伏電池是這些太陽(yáng)能電池板的核心，它由厚度為160微米的硅晶片制成，但是隨著處理方法的改進(jìn)，研究人員提出可以將其削薄至100微米，最終可以減少至40微米或更少，對(duì)于給定尺寸的面板，只需要四分之一的硅。

他們說(shuō)，這不僅可以降低單個(gè)面板的成本，而且更重要的是，它可以使太陽(yáng)能面板的生產(chǎn)能力迅速擴(kuò)大。那是因?yàn)閿U(kuò)張受到制于新工廠生產(chǎn)速度的限制，這些工廠可以生產(chǎn)硅晶體錠，然后像薩拉米香腸一樣切成薄片來(lái)制造硅片。這些通常與太陽(yáng)能電池制造廠分開的工廠往往耗資巨大且耗時(shí)，這可能會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能電池板產(chǎn)能擴(kuò)張的瓶頸。研究人員說(shuō)，減小晶圓厚度可以潛在地緩解該問(wèn)題。

這項(xiàng)研究研究了太陽(yáng)能電池架構(gòu)的四個(gè)變體的效率水平，包括PERC（鈍化發(fā)射極和后接觸）電池以及其他先進(jìn)的高效技術(shù)，比較了它們?cè)诓煌穸人较碌妮敵?。研究小組發(fā)現(xiàn)，使用當(dāng)今改進(jìn)的制造工藝，厚度低至40微米的性能幾乎沒(méi)有下降。

Liu表示：“我們發(fā)現(xiàn)，在效率與厚度關(guān)系圖的這個(gè)區(qū)域中，效率是平坦的，因此這是您可以節(jié)省一些錢的區(qū)域。” 他說(shuō)，由于單元架構(gòu)的這些進(jìn)步，“我們真的開始看到是時(shí)候重新審視成本收益了。”

劉說(shuō)，更換大型的面板制造廠以適應(yīng)更薄的晶圓將是一個(gè)耗時(shí)且昂貴的過(guò)程，但分析表明，其收益遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了成本。他說(shuō)，開發(fā)必要的設(shè)備和程序以花費(fèi)更薄的材料將需要時(shí)間，但是使用現(xiàn)有技術(shù)，“降低到100微米應(yīng)該相對(duì)簡(jiǎn)單，”這已經(jīng)可以節(jié)省很多錢。技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，例如在微裂紋生長(zhǎng)之前對(duì)其進(jìn)行更好的檢測(cè)，可能有助于進(jìn)一步減小厚度。

他說(shuō)，將來(lái)厚度可能會(huì)減小到15微米。他說(shuō)，新技術(shù)可以直接生長(zhǎng)硅晶體的薄晶圓，而不是從更大的圓柱體上切下來(lái)，這將有助于進(jìn)一步減薄。
近年來(lái)，由于硅的價(jià)格已經(jīng)從其早期的峰值下降了，因此薄硅的開發(fā)受到了很少的關(guān)注。但是，由于太陽(yáng)能電池效率的降低以及太陽(yáng)能電池板制造工藝和供應(yīng)鏈其他部分的成本降低，硅的成本再次成為可以有所作為的因素。

Buonassisi說(shuō)：“效率只能提高幾個(gè)百分點(diǎn)。因此，如果要進(jìn)一步改進(jìn)，則必須走厚度方向。” 但是轉(zhuǎn)換將需要大量資本投資才能進(jìn)行全面部署。
他說(shuō)，這項(xiàng)研究的目的是為那些可能正在計(jì)劃擴(kuò)大太陽(yáng)能制造技術(shù)的人提供一個(gè)路線圖。他說(shuō)，通過(guò)將路徑“具體化”，可以幫助公司將其納入其計(jì)劃中。他說(shuō)：“有一條路。” “這并不容易，但是有一條路。對(duì)于先行者來(lái)說(shuō)，優(yōu)勢(shì)是巨大的。”

他說(shuō)，可能需要行業(yè)中的不同主要參與者齊心協(xié)力，為前進(jìn)和達(dá)成一致的標(biāo)準(zhǔn)制定一套具體的步驟，因?yàn)榧呻娐沸袠I(yè)早就為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而爆炸式增長(zhǎng)。行業(yè)。他說(shuō)：“那將是真正的變革。”

與這項(xiàng)研究沒(méi)有關(guān)系的亞利桑那州立大學(xué)副研究員安德烈·奧古斯托（Andre Augusto）表示：“提煉硅和晶圓制造是制造太陽(yáng)能電池板過(guò)程中資本要求最高的資本支出。因此，在快速擴(kuò)展，晶圓供應(yīng)可能會(huì)成為一個(gè)問(wèn)題。變薄可以部分解決此問(wèn)題，因?yàn)槟梢栽诿颗_(tái)機(jī)器上制造更多晶圓而不會(huì)顯著增加資本支出。” 他補(bǔ)充說(shuō)，“薄晶圓在某些氣候下可能會(huì)帶來(lái)性能優(yōu)勢(shì)，”在溫暖的條件下表現(xiàn)更好。

與這項(xiàng)工作無(wú)關(guān)的格雷戈里·威爾遜咨詢公司的可再生能源分析師格雷戈里·威爾遜說(shuō)：“正如論文所指出的那樣，減少主流電池中硅的使用量的影響將是非常重大的。將光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大到氣候變化問(wèn)題所需的數(shù)兆瓦規(guī)模所需的總資本，另一個(gè)好處是生產(chǎn)硅 PV面板所需的能量，這是因?yàn)槎嗑Ч璧纳a(chǎn)和硅錠的生長(zhǎng)過(guò)程生產(chǎn)高效電池所需的能量非常消耗。”

威爾遜補(bǔ)充說(shuō)：“主要的光伏電池和組件制造商需要聽取諸如MIT的Buonassisi教授之類的可信團(tuán)體的意見，因?yàn)樗麄儗⒃诳吹矫黠@的經(jīng)濟(jì)利益時(shí)做出這一轉(zhuǎn)變。”

原標(biāo)題:對(duì)于便宜的太陽(yáng)能電池，更薄的確更好